Tempat utama biosintesis protein. Tahapan biosintesis protein

Sintesis protein merupakan proses yang sangat penting. Dialah yang membantu tubuh kita tumbuh dan berkembang. Ini melibatkan banyak struktur sel. Bagaimanapun, pertama kita perlu memahami apa sebenarnya yang akan kita selesaikan.

Apa jenis protein yang harus dibangun saat ini - untuk ini adalah enzim yang bertanggung jawab. Mereka menerima sinyal dari sel tentang kebutuhan akan protein, setelah itu sintesis dimulai.

Dimana sintesis protein

Di sel manapun, tempat dasar biosintesis protein adalah ribosom. Ini adalah makromolekul besar dengan struktur asimetris yang kompleks. Ini terdiri dari RNA (asam ribonukleat) dan protein. Ribosom bisa ditemukan sendiri. Tapi paling sering mereka menggabungkan dengan EPS, yang memudahkan pemilahan dan pengangkutan protein berikutnya. Jika ribosom duduk di retikulum endoplasma , itu disebut EPS kasar. Bila terjemahannya kuat, satu atau lebih ribosom dapat memindahkan satu matriks sekaligus. Mereka pergi satu demi satu dan tidak mengganggu organel lainnya.

Apa yang diperlukan untuk sintesis protein

Agar proses untuk melanjutkan, diperlukan semua komponen utama dari sistem sintesis protein yang ada:

1. Sebuah program yang menentukan urutan residu asam amino dalam rantai, yaitu mRNA, yang mentransfer informasi ini dari DNA ke ribosom.
2. Bahan asam amino, dari mana molekul baru akan dibangun.
3. TRNA, yang memberikan setiap asam amino ke ribosom, akan berpartisipasi dalam penguraian kode genetik.
4. Aminoacyl-tRNA sintetase.
5. Ribosom adalah situs utama biosintesis protein .
6. Energi.
7. Ion magnesium
8. Faktor protein (untuk setiap tahapnya sendiri).

Sekarang kita akan memeriksa masing-masing secara lebih rinci dan mencari tahu bagaimana protein diciptakan. Mekanisme biosintesis sangat menarik, semua komponen bekerja dengan sangat baik.

Program sintesis, pencarian matriks

Semua informasi tentang protein apa yang bisa membangun tubuh kita, terkandung dalam DNA. Asam deoksiribonukleat berfungsi untuk menyimpan informasi genetik. Ini dikemas dengan aman dalam kromosom dan terletak di sel di nukleus (jika itu adalah kasus eukariota) atau mengapung di sitoplasma (dalam prokariota).

Setelah meneliti DNA dan mengenali peran genetisnya, menjadi jelas bahwa ini bukan matriks langsung untuk terjemahan. Pengamatan menyebabkan asumsi bahwa RNA dikaitkan dengan sintesis protein. Para ilmuwan memutuskan bahwa itu harus menjadi perantara, mentransfer informasi dari DNA ke ribosom, berfungsi sebagai matriks.

Pada saat yang sama, ribosom ditemukan, RNA mereka merupakan bagian yang luar biasa dari asam ribonukleat seluler. Untuk memeriksa apakah itu matriks untuk sintesis protein, AN Belozersky dan AS Spirin pada tahun 1956-1957. Melakukan analisis komparatif komposisi asam nukleat dalam sejumlah besar mikroorganisme.

Diasumsikan bahwa jika gagasan skema "DNA-rRNA-protein" benar, komposisi RNA total akan berubah dengan cara yang sama seperti DNA. Namun, terlepas dari perbedaan besar asam deoksiribonukleat pada spesies yang berbeda, komposisi asam ribonukleat total sama pada semua bakteri yang diperiksa. Oleh karena itu, para ilmuwan menyimpulkan bahwa RNA selular dasar (yaitu ribosom) bukanlah perantara langsung antara pembawa informasi genetik dan protein.

Penemuan mRNA

Kemudian ditemukan bahwa sebagian kecil RNA mengulangi komposisi DNA dan dapat berfungsi sebagai perantara. Pada tahun 1956, E. Volkin dan F. Astrachan mempelajari sintesis RNA pada bakteri yang terinfeksi bakteriofag T2. Setelah jatuh ke dalam kandang, dia beralih ke sintesis protein fag. Namun, sebagian besar RNA tidak berubah. Tetapi di sel, sintesis sebagian kecil RNA yang tidak stabil secara metabolik dimulai, urutan nukleotida yang serupa dengan komposisi DNA fag.

Pada tahun 1961, sebagian kecil asam ribonukleat ini diisolasi dari total massa RNA. Bukti fungsi mediatornya didapat dari eksperimen. Setelah infeksi sel dengan fage T4, mRNA baru terbentuk. Ini terkait dengan ribosom host lama (ribosom baru tidak terdeteksi setelah infeksi), yang mulai mensintesis protein fag. Ini "DNA-seperti RNA" adalah pelengkap salah satu rantai fag DNA.

Pada tahun 1961, F. Jacob dan J. Mono mengemukakan gagasan bahwa RNA ini mentransfer informasi dari gen ke ribosom dan merupakan matriks untuk pengaturan sekuensial asam amino dalam proses sintesis protein.

Pengalihan informasi ke situs sintesis protein ditangani oleh mRNA. Proses membaca informasi dari DNA dan membuat matriks RNA disebut transkripsi. Setelah itu, RNA mengalami sejumlah perubahan tambahan, ini disebut "pengolahan". Dalam perjalanannya, daerah tertentu dapat dipotong dari asam ribonukleat matriks. Selanjutnya mRNA masuk ke ribosom.

Bahan bangunan untuk protein: asam amino

Secara total ada 20 asam amino, beberapa di antaranya tidak tergantikan, yaitu tubuh mereka tidak bisa disintesis. Jika ada asam di kandang tidak cukup, ini bisa menyebabkan perlambatan penyiaran atau bahkan penghentian proses yang lengkap. Kehadiran masing-masing asam amino dalam jumlah cukup merupakan syarat utama untuk biosintesis protein yang tepat.

Informasi umum tentang ilmuwan asam amino diterima di abad XIX. Kemudian, pada tahun 1820, dua asam amino pertama diisolasi - glisin dan leusin.

Urutan monomer ini dalam protein (yang disebut struktur primer) sepenuhnya menentukan tingkat berikutnya dari organisasi, dan karenanya sifat fisik dan kimia.

Transportasi asam amino: tRNA dan aa-tRNA sintetase

Tapi asam amino tidak bisa membangun dirinya menjadi rantai protein. Agar mereka bisa masuk ke biosintesis protein utama, diperlukan RNA transportasi.

Setiap sintaksase aa-tRNA hanya mengenali asam amino dan hanya tRNA yang harus dilekatkan. Ternyata keluarga enzim ini mencakup 20 varietas sintetase. Hanya tersisa untuk mengatakan bahwa asam amino menempel pada tRNA, lebih tepatnya, pada akseptor "akor" hidroksilnya. Setiap asam harus memiliki RNA transpor tersendiri. Hal ini diikuti oleh aminoacyl-tRNA synthetase. Ini tidak hanya membandingkan asam amino dengan transportasi yang benar, namun juga mengatur reaksi pembentukan ikatan ester.

Setelah reaksi berhasil, keterikatan tRNA mengikuti situs sintesis protein. Ini mengakhiri proses persiapan dan memulai siaran. Mari kita pertimbangkan tahap dasar biosintesis protein :

• Inisiasi;
• Pemanjangan;
• Pemutusan hubungan

Tahapan sintesis: inisiasi

Bagaimana biosintesis protein dan regulasi bekerja? Para ilmuwan telah berusaha untuk mencari tahu sejak lama. Banyak hipotesis diajukan, namun semakin modern peralatannya semakin baik, kita mulai memahami prinsip-prinsip terjemahan.

Ribosom - situs utama biosintesis protein - mulai membaca mRNA dari titik di mana bagiannya mulai mengkodekan rantai polipeptida. Titik ini terletak pada jarak tertentu dari asal matriks RNA. Ribosom harus menemukan titik di mRNA tempat pembacaan dimulai, dan terhubung dengannya.

Inisiasi adalah kompleks peristiwa yang memberikan awal siaran. Ini melibatkan protein (faktor inisiasi), inisiator tRNA dan kodon inisiator khusus. Pada tahap ini, subunit kecil ribosom berikatan dengan protein inisiasi. Mereka tidak membiarkan dia berhubungan dengan subunit besar tersebut. Tapi mereka mengizinkan untuk terhubung dengan inisiator tRNA dan GTP.

Kemudian kompleks ini "duduk" di mRNA, tepatnya di tempat itu, yang dikenali oleh salah satu faktor inisiasi. Kesalahan tidak bisa dilakukan, dan ribosom memulai perjalanannya sepanjang matriks RNA, membaca kodonnya.

Begitu kompleks mencapai kodon inisiasi (AUC), subunit tersebut berhenti bergerak dan, dengan bantuan faktor protein lainnya, mengikat subunit ribosom yang besar.

Tahapan sintesis: pemanjangan

Pembacaan mRNA melibatkan sintesis sekuensial rantai protein oleh polipeptida. Ini berlanjut dengan menambahkan satu residu asam amino demi satu ke molekul yang sedang dibangun.

Setiap residu asam amino baru ditambahkan ke ujung karboksil peptida, terminal C bertambah.

Tahapan sintesis: penghentian

Ketika ribosom mencapai kodon penghentian template RNA, sintesis rantai polipeptida berhenti. Dalam kehadirannya, organel tidak dapat menerima tRNA apapun. Sebagai gantinya, faktor penghentian ikut bermain. Mereka melepaskan protein siap dari ribosom yang berhenti.

Setelah penghentian terjemahan, ribosom bisa turun dari mRNA, atau terus meluncur sepanjang, tidak menerjemahkan.

Memenuhi ribosom dengan kodon inisiator baru (pada rantai yang sama selama kelanjutan gerakan atau pada mRNA baru) akan menghasilkan inisiasi baru.

Setelah molekul selesai meninggalkan situs utama biosintesis protein, diberi label dan dikirim ke tempat tujuan. Fungsi apa yang akan dilakukan tergantung pada strukturnya.

Kontrol proses

Bergantung pada kebutuhan mereka, sel akan mengendalikan siaran secara independen. Peraturan biosintesis protein merupakan fungsi yang sangat penting. Hal itu bisa diimplementasikan dengan cara yang berbeda.

Jika sel tidak membutuhkan koneksi apapun, maka biosintesis biosintesis protein RNA juga akan berhenti terjadi. Bagaimanapun, tanpa matriks, keseluruhan proses tidak akan dimulai. Dan mRNA tua itu meluruh dengan cepat.

Ada peraturan lain tentang biosintesis protein: sel menciptakan enzim yang mengganggu jalannya fase inisiasi. Mereka mengganggu terjemahan, bahkan jika matrik untuk membaca tersedia.

Metode kedua diperlukan dalam kasus ketika sintesis protein harus dimatikan saat ini. Metode pertama mengasumsikan kelanjutan terjemahan lambat untuk beberapa waktu setelah penghentian sintesis mRNA.

Sel adalah sistem yang sangat kompleks di mana segala sesuatu disimpan pada keseimbangan dan kerja yang tepat dari setiap molekul. Penting untuk mengetahui prinsip-prinsip setiap proses yang terjadi di dalam sel. Jadi kita bisa lebih mengerti apa yang terjadi di jaringan dan di tubuh secara keseluruhan.